一起220 kV電纜終端擊穿故障原因分析

吳明祥，毛琳明

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.嘉興電力局，浙江嘉興314033）

一起220 kV電纜終端擊穿故障原因分析

吳明祥1，毛琳明2

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.嘉興電力局，浙江嘉興314033）

針對(duì)一起發(fā)生在高速鐵路專用220 kV輸電線路上的電纜終端擊穿事故，進(jìn)行了故障電纜終端檢查和事故原因分析，指出220 kV故障電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封施工工藝存在缺陷，直接降低了機(jī)械強(qiáng)度，引起電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套分離，最終導(dǎo)致電纜終端尾管與主絕緣擊穿，提出類似電纜終端的鉛封施工工藝進(jìn)行隱患排查的建議。

電纜終端；尾管鉛封；擊穿故障

220 kV連杭變電站經(jīng)由220 kV杭鐵2R04線、連鐵2R03線雙回路向高速鐵路220 kV許村牽引變電站供電。220 kV杭鐵2R04線路總長(zhǎng)度3.139 km，架空線路2.906 km，電纜線路0.233 km，電纜金屬護(hù)套連杭變電站側(cè)終端經(jīng)過(guò)電壓保護(hù)器接地，線路側(cè)電纜終端經(jīng)接地箱直接接地，線路于2010年7月10日投運(yùn)。電纜型號(hào)為YJLW03 127/220，單相截面630 mm2，電纜終端型號(hào)為TES1 245/55復(fù)合外套終端，電纜及電纜終端均為江蘇某電纜有限公司提供并負(fù)責(zé)電纜終端安裝。

1 電纜終端故障情況

2011年4月28日8∶06，220 kV杭鐵2R04線路跳閘。保護(hù)動(dòng)作情況分別為第1套保護(hù)：CSC101AⅠ段阻抗出口動(dòng)作，A相零序Ⅰ段出口動(dòng)作，均跳三相。第2套保護(hù)：RCS-901A距離Ⅰ段動(dòng)作，三相跳閘；同時(shí)A相測(cè)距為0.247 km。故障錄波顯示：A相接地測(cè)距0.142 km。保護(hù)動(dòng)作時(shí)顯示故障電流59.61 A（電流互感器變比2000/ 5），即一次電流23.8 kA。故障前線路負(fù)荷電流96 A、輸送24.9 MW，1.23 Mvar。線路通道上無(wú)施工開(kāi)挖等外力影響，天氣晴朗，不存在雷擊等過(guò)電壓現(xiàn)象。故障發(fā)生后，經(jīng)查故障點(diǎn)在220 kV杭鐵2R04線線路側(cè)A相電纜終端，投運(yùn)至故障時(shí)間不足10個(gè)月。

A相終端故障后對(duì)其進(jìn)行檢查和解剖，發(fā)現(xiàn)底部尾管保護(hù)層熱縮管炸裂、尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封全部開(kāi)裂脫離（見(jiàn)圖1），脫離的尾管和金屬護(hù)套橫截面斷口間隙不平行，縱向錯(cuò)位，表面有明顯的熔化現(xiàn)象，尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封厚度較厚處大約在2 mm左右。

在A相電纜終端尾管部位有50 mm×40 mm的擊穿熔化孔洞，在尾管內(nèi)清晰可見(jiàn)電纜主絕緣被擊穿、銅導(dǎo)體熔化的現(xiàn)象，見(jiàn)圖2。主絕緣的擊穿口大小為100 mm×60 mm、露出銅導(dǎo)體可見(jiàn)面積14 mm×32 mm。

圖1 終端尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封開(kāi)裂、脫離、熔化

圖2 A相電纜終端尾管擊穿熔化孔洞

A相電纜終端下端的第1只電纜固定線夾放松時(shí)，電纜自由位置偏移30 mm左右，拆下的A相電纜終端電纜偏離尾管中心較大，在6 mm以上。據(jù)廠家確認(rèn)，由于安裝時(shí)存在客觀原因，該相電纜頭制作時(shí)為先搪鉛后固定線夾。

2 故障原因分析

2.1 機(jī)械原因分析

從終端尾管與電纜金屬護(hù)套焊接處受力情況分析：

（1）鉛封厚度未按安裝要求在5 mm以上，鉛封厚度嚴(yán)重不足，使該部位機(jī)械強(qiáng)度不能滿足長(zhǎng)期運(yùn)行要求。

（2）電纜安裝時(shí)校直不夠，電纜位置不正，解剖后電纜不受力的終端尾管出口情況見(jiàn)圖3。

（3）終端尾管與金屬護(hù)套先用鉛密封，再對(duì)終端尾管下端的電纜用線夾進(jìn)行電纜固定，工藝程序顛倒。由于電纜線夾固定時(shí)因電纜偏移存在應(yīng)力，該應(yīng)力集中在相對(duì)為軟硬連接的鉛封處，又因鉛封太薄，長(zhǎng)期受力，導(dǎo)致運(yùn)行中電纜終端尾管鉛封處開(kāi)裂，最終使電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套連接處完全分離。

圖3 解剖后的終端尾管出口情況

2.2 電氣原因分析

當(dāng)電纜金屬鋁護(hù)套與終端尾管之間鉛封分離后，兩者間無(wú)電氣連接點(diǎn)。因電纜金屬護(hù)套連杭變電站側(cè)終端經(jīng)過(guò)電壓保護(hù)器接地，線路側(cè)電纜終端經(jīng)接地箱直接接地，此時(shí)電纜的金屬護(hù)套兩端已沒(méi)有直接接地點(diǎn)，金屬護(hù)套存在較高的感應(yīng)電壓。在連杭變電站側(cè)，當(dāng)感應(yīng)電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，過(guò)電壓保護(hù)器動(dòng)作保護(hù)電纜。在線路側(cè)電纜半導(dǎo)電層和金屬護(hù)套與終端尾管間存在較大場(chǎng)強(qiáng)，該處與終端尾管存在較高的電壓。在此電壓作用下，在電纜半導(dǎo)電層與終端尾管間間隙擊穿，造成長(zhǎng)期間歇性放電，致使電纜絕緣老化，最終導(dǎo)致主絕緣擊穿。

為了更清楚描述這種放電過(guò)程，建立如圖4所示的簡(jiǎn)單電路模型進(jìn)行分析。圖中：Cx為電纜電容，R為電纜半導(dǎo)電屏蔽層與金屬護(hù)套之間等效電阻，r為金屬鋁護(hù)套與終端尾管之間鉛封連接電阻，G為終端尾管與半導(dǎo)電層存在的間隙。

圖4 電纜簡(jiǎn)單等效電路

電纜在運(yùn)行過(guò)程中，金屬護(hù)套與電纜終端直接相連接地，故障點(diǎn)的半導(dǎo)電屏蔽層與金屬套之間的壓降UG＝Ix（r+R），正常情況下半導(dǎo)電層經(jīng)緩沖層和金屬護(hù)套與電纜終端尾管直接相連，其相連接電阻r接近零，故障點(diǎn)半導(dǎo)電層和緩沖層電阻R與氣隙G在壓降UG下不會(huì)產(chǎn)生放電，也就不會(huì)發(fā)生擊穿。

如果金屬護(hù)套與電纜終端尾管分離出現(xiàn)間隙，其連接電阻r已處于開(kāi)路狀態(tài)，則故障點(diǎn)半導(dǎo)電層電位UG會(huì)很高，在該電壓作用下足以使氣隙發(fā)生擊穿。當(dāng)擊穿電弧通道的電阻小于半導(dǎo)電層和緩沖層電阻R，UG迅速降低，直至電弧熄滅。當(dāng)電弧熄滅后UG又迅速回升，直到再次擊穿。由此反復(fù)循環(huán)放電的累積效應(yīng)會(huì)損傷絕緣半導(dǎo)電屏蔽層，改變了電纜原來(lái)的均勻圓柱形場(chǎng)強(qiáng)分布，導(dǎo)致電纜擊穿。

因此，電纜金屬護(hù)套與終端直接相連是否正確和牢固，對(duì)保證電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

3 事故防患措施

為了避免相同工藝的電纜終端出現(xiàn)類似情況，對(duì)未發(fā)生故障的杭鐵2R04線B，C兩相電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封進(jìn)行防患檢查，發(fā)現(xiàn)B相電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套的鉛封連接處有明顯1圈向內(nèi)凹的現(xiàn)象，封鉛較薄，工藝較差，見(jiàn)圖5；C相除與B相類似的情況外，在終端尾管與電纜金屬護(hù)套鉛封處出現(xiàn)1條較長(zhǎng)（10 cm以上）的裂紋，見(jiàn)圖6。鑒于以上情況對(duì)杭鐵2R04線和杭鐵2R03線進(jìn)行以下檢查和防患處理：

圖5 B相電纜終端尾管鉛封

（1）對(duì)A相電纜終端進(jìn)行更換，重新加工和調(diào)整第1個(gè)電纜固定線夾的支架和固定位置，對(duì)電纜終端尾管與金屬護(hù)套的鉛封和電纜的固定必須嚴(yán)格按照電纜終端施工工藝要求進(jìn)行。

圖6 C相電纜終端尾管鉛封開(kāi)裂

（2）拆除B，C相電纜終端尾管原鉛封，消除應(yīng)力，必要時(shí)重新加工第1個(gè)電纜固定線夾并置合適位置；尾管鉛封及其厚度必須達(dá)到工藝要求。

（3）對(duì)220 kV杭鐵2R03線電纜終端停電檢查，發(fā)現(xiàn)尾管鉛封情況同樣存在封鉛工藝不到位現(xiàn)象。圖7顯示2R03線電纜終端A相尾管鉛封已多處開(kāi)裂，已有逐步貫通開(kāi)裂的趨勢(shì)，圖8顯示2R03線電纜終端B相C相尾管鉛封有不同程度向內(nèi)凹的現(xiàn)象，隨即對(duì)2R03線電纜終端三相尾管鉛封及其厚度按工藝要求重新制作。

圖7 2R03線電纜終端A相尾管鉛封多處開(kāi)裂

圖8 2R03線電纜終端B相C相尾管鉛封內(nèi)凹

（4）對(duì)杭鐵2R04線進(jìn)行線路間隔所有氣室SF6成分分析；連鐵2R03線斷路器滅弧室氣室局部放電測(cè)量（超聲波、特高頻）；終端頭紫外檢查（高壓引線、終端頭尾管）；兩側(cè)電纜終端頭進(jìn)行局部放電試驗(yàn)；杭鐵2R04線帶電后對(duì)新終端頭進(jìn)行紫外檢查（高壓引線、終端頭尾管），試驗(yàn)結(jié)果滿足運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

（1）杭鐵2R04線、連鐵2R03線220 kV電纜終端安裝鉛封厚度不滿足安裝施工工藝要求，存在嚴(yán)重的施工質(zhì)量缺陷。

（2）杭鐵2R04線A相電纜終端至終端尾管以下部分的電纜不在一條直線上，且安裝時(shí)沒(méi)有校直到位，造成電纜偏移尾管中心。電纜終端安裝技術(shù)人員沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工工藝，采取該相電纜頭制作時(shí)先鉛封后固定線夾的工藝，其工藝流程不符合規(guī)范要求。

（3）終端封鉛后的電纜與終端下端第1只電纜固定線夾中心位置偏移較大，電纜固定后長(zhǎng)期存在較大彎曲應(yīng)力，且鉛封太薄，加速導(dǎo)致鉛封在運(yùn)行中開(kāi)裂、使電纜終端尾管與電纜金屬護(hù)套完全分離。

（4）由于電纜鋁護(hù)套與終端尾管部分之間鉛封分離，引起半導(dǎo)電層和金屬護(hù)套與終端尾管間存在較高電位差、場(chǎng)強(qiáng)不均勻，造成長(zhǎng)期間歇性放電，致使電纜絕緣老化，最終導(dǎo)致主絕緣擊穿。

（5）建議對(duì)該公司安裝的類似型號(hào)電纜終端的鉛封施工工藝進(jìn)行隱患排查。

[1]吳明祥，包建強(qiáng)，王建明.一起220 kV電纜預(yù)制式中間接頭擊穿故障及其原因分析[J].高壓電器，2010，46（5）∶95-97.

[2]林禮健.一起220 kV電纜線路故障原因剖析[J].山西電力，2003（2）∶39-40.

[3]張東斐，唐慶華，朱利軍.110 kV國(guó)橋線電纜接頭故障分析及處理[J].高電壓技術(shù)，2007（12）∶208-210.

[4]DL/T 5221-2005城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京∶中國(guó)電力出版社，2005.

作者簡(jiǎn)歷：吳明祥（1956-），男，杭州人，高級(jí)工程師，從事輸電線路及電力電纜技術(shù)研究。

（本文編輯：楊勇）

Cause analysis of Terminal Breakdown Accident for 220 kV Cable

WU Ming-xiang1，MAO Lin-ming2
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Jiaxin Electric Power Bureau，Jiaxin Zhejiang 314033,China）

The inspection and cause analysis on the faulty cable terminal are carried out for a terminal breakdown accident of a 220 kV private cable for the high speed railway.This paper points out the defect of the lead-sealing construction technology of the cable terminal tail tube and cable metal sheath，which directly results in the decrease of the mechanical strength and consequent separation of the tail tube from the metal sheath.Finally，that leads to breakdown of the tail tube and main insulation.It also makes suggestions on troubleshooting for the lead-sealing construction technology in similar cables.

cable terminal；lead-sealing of tail tube；breakdown accident

TM757.2

：B

：1007-1881（2012）09-0010-03

2012-05-30